KR101202724B1 - 광원 유닛 및 프로젝터 - Google Patents

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가시오게산키 가부시키가이샤
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Abstract

장시간 연속으로 사용하는 경우에도 형광체가 발열하지 않고 안정된 투영(投影)이 가능한 광원 유닛과, 이 광원 유닛을 구비한 프로젝터를 제공하기 위하여, 본 발명의 프로젝터는, 광원 유닛과, 표시 소자와, 도광 광학계와, 투영측 광학계와, 광원 유닛을 제어하는 광원 제어 수단을 구비하고, 광원 유닛은, 여기광(勵起光)을 射出하는 여기광 조사 장치와, 여기광 조사 장치로부터의 사출 광을 여기광으로 하여 녹색 파장 대역의 형광 광을 사출하는 형광 휠과, 형광 휠 및 각 광원 장치로부터 발해지는 광을 소정의 일면에 집광하는 광원 측 광학계로 구성되며, 광원 제어 수단은, 여기광 조사 장치, 적색광원 장치, 청색광원 장치가 순차적으로 한번씩 점등된 경우에 필요한 시간이, 형광 휠이 1회전하는 데 필요한 시간의 정수 배가 되지 않도록 여기광 조사 장치, 적색광원 장치, 청색광원 장치를 시분할 제어하고 또한 형광 휠의 회전 속도를 제어한다.

Description

광원 유닛 및 프로젝터{LIGHT SOURCE UNIT AND PROJECTOR}
본 발명은, 광원 유닛과, 이 광원 유닛을 구비한 프로젝터에 관한 것이다.
오늘날, 퍼스널 컴퓨터의 화면이나 비디오 화상, 또한 메모리 카드 등에 기억되어 있는 화상 데이터에 의한 화상 등을 스크린에 투영하는 화상 투영 장치로서의 데이터 프로젝터가 많이 사용되고 있다. 이 프로젝터는, 광원으로부터 사출(射出)된 광을 DMD(디지털?마이크로 미러?디바이스)로 불리우는 마이크로 미러 표시 소자, 또는 수정판에 집광시켜, 스크린 상에 컬러 화상을 표시하게 하는 것이다.
이와 같은 프로젝터에 있어서, 종래에는 백색광을 사출하는 고휘도의 방전 램프를 광원으로서 사용하고, 백색광에 컬러 휠(color wheel)로 착색함으로써 컬러 화상을 투영하는 것이 주류였다. 그러나, 이와 같은 백색광에 컬러 휠로 착색하는 구성의 프로젝터는, 백색광으로부터 소정 파장 대역광만을 추출하여 투영하는 것이므로, 광원으로부터 사출되는 광선속(光線束)의 이용 효율이 낮다는 문제점이 있었다. 또한, 고휘도의 방전 램프는 수명이 짧은 문제점도 있었다.
그래서, 최근, 발광 다이오드(LED)나 레이저 다이오드(LD), 또는 유기 EL 등의 고체 발광 소자(반도체 발광 소자)를 광원으로서 사용한 프로젝터의 개발이나 제안이 많이 이루어지고 있다. 예를 들면, 일본 특허출원 공개번호 2004-341105호 공보에서는, 투명한 원판에 형광체가 주위 방향으로 부설(敷設)되어 이루어지는 형광 휠과, 고체 발광 소자로서의 자외선 발광 다이오드를 구비한 광원 유닛의 제안이 이루어지고 있다. 이 일본 특허출원 공개번호 2004-341105호 공보의 제안에 있어서의 광원 유닛은, 형광 휠에 배면 측으로부터 여기광(勵起光)으로서의 자외선을 조사하여, 형광 휠의 표면 측으로부터 사출(射出)되는 형광 광을 광원 광으로서 이용하는 구성으로 되어 있다.
전술한 일본 특허출원 공개번호 2004-341105호 공보에 기재된 발명에서는, 적색 형광체, 녹색 형광체, 청색 형광체를 자외선에 의해 여기시켜, 형광체로부터 발광된 형광 광을 표시 소자의 마이크로 미러로 ON/OFF를 전환함으로써 화상을 생성하고 있다. 따라서, 방전 램프로부터 사출된 백색광에 컬러 휠로 착색하는 경우에 비해, 광원으로부터 사출되는 광선속의 이용 효율을 높일 수 있다.
그러나, 전술한 프로젝터에서는, 형광 휠의 주위 방향으로 3색의 형광체를 병설(竝設)하고, 이 형광 휠에 여기광을 계속 조사하는 구성으로 되어 있으므로 형광체가 발열하여 형광체의 발광 효율이 저하되고, 적색, 녹색, 청색 형광 광에 휘도 불균일 등이 생겨 고품질 화상을 투영할 수 없는 경우가 있는 문제점이 있었다. 또한, 적색, 녹색, 청색의 형광체가 색에 따라 휘도나 채도가 상이하고, 투영하고자하는 색을 재현할 수 없는 경우가 있는 문제점도 있었다. 또한, 여기광원을 항상 점등시키고 있으므로, 여기광원의 경년 열화가 빨라져서, 제품 수명이 짧아지는 문제점도 있었다.
일본 특허출원 공개번호 2004-341105호 공보
본 발명은, 이와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 장시간 연속적으로 사용하는 경우에도 형광체가 발열하지 않고 안정된 투영이 가능한 광원 유닛과, 이 광원 유닛을 구비한 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 광원 유닛은, 여기광을 사출하는 여기광 조사 장치와, 상기 여기광 조사 장치로부터의 사출 광을 여기광으로 하여 소정 파장 대역의 형광 광을 사출하는 형광체가, 적어도 주위 방향으로 부설된 형광 휠과, 상기 형광 휠로부터 사출되는 파장 대역과는 상이한 파장 대역의 광을 사출하는 2종류의 광원 장치와, 상기 형광 휠로부터 발해지는 형광 광과 상기 2종류의 광원 장치로부터 발해지는 광을 소정의 일면에 집광하는 광원 측 광학계와, 상기 여기광 조사 장치 및 상기 2종류의 광원 장치를 시분할 제어하고, 또한 상기 형광 휠의 회전을 제어하는 광원 제어 수단을 구비하고, 상기 광원 제어 수단은, 상기 여기광 조사 장치 및 상기 2종류의 광원 장치가 순차적으로 한 번씩 점등한 경우에 필요한 시간이, 상기 형광 휠이 1회전하는 데 필요한 시간의 정수배가 되지 않도록 상기 여기광 조사 장치 및 상기 2종류의 광원 장치를 시분할 제어하고 또한 상기 형광 휠의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 광원 유닛에 있어서, 상기 형광 휠에 부설된 형광체는, 상기 여기광 조사 장치로부터의 사출 광을 받아서 녹색 파장 대역의 형광 광을 사출하는 녹색 형광체로 되고, 상기 2종류의 광원 장치는, 적색 파장 대역광을 사출하는 적색광원 장치 및 청색 파장 대역광을 사출하는 청색광원 장치로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 광원 유닛에 있어서, 상기 광원 제어 수단은, 상기 형광 휠이 1회전하는 데 필요한 시간을, 상기 여기광 조사 장치 및 상기 2종류의 광원 장치가 순차적으로 한 번씩 점등한 경우에 필요한 시간으로 나눗셈한 수가 무리수로 되도록 상기 여기광 조사 장치 및 상기 2종류의 광원 장치를 시분할 제어하고 또한 상기 형광 휠의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 프로젝터는, 여기광을 사출하는 여기광 조사 장치와, 상기 여기광 조사 장치로부터의 사출 광을 여기광으로 하여 소정 파장 대역의 형광 광을 사출하는 형광체가, 적어도 주위 방향으로 부설된 형광 휠과, 상기 형광 휠로부터 사출되는 파장 대역과는 상이한 파장 대역의 광을 사출하는 2종류의 광원 장치와, 상기 형광 휠로부터 발해지는 형광 광과 상기 2종류의 광원 장치로부터 발해지는 광을 소정의 일면에 집광하는 광원 측 광학계와, 상기 여기광 조사 장치 및 상기 2종류의 광원 장치를 시분할 제어하고, 또한 상기 형광 휠의 회전을 제어하는 광원 제어 수단을 구비하고, 상기 광원 제어 수단은, 상기 여기광 조사 장치 및 상기 2종류의 광원 장치로부터의 광을 사용하여 1프레임의 화상을 생성하는데 필요한 시간이, 상기 형광 휠이 1회전하는 데 필요한 시간의 정수배가 되지 않도록 상기 여기광 조사 장치 및 상기 2종류의 광원 장치를 시분할 제어하고 또한 상기 형광 휠의 회전 속도를 제어하는 광원 유닛과, 상기 광원 유닛으로부터의 광을 변조하여 화상을 생성하는 표시 소자와, 상기 광원 유닛으로부터의 광을 상기 표시 소자에 도광(導光)하는 도광 광학계와, 상기 표시 소자로부터 사출된 화상을 스크린에 투영하는 투영측 광학계와, 상기 광원 유닛과 표시 소자 등을 제어하는 프로젝터 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 장시간 연속적으로 사용하는 경우에도 형광체가 발열하지 않고 안정된 투영이 가능한 광원 유닛과, 이 광원 유닛을 구비한 프로젝터를 제공할 수 있다.
본 발명은, 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면에 의해, 더욱 충분히 이해할 수 있지만, 이들은 오로지 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프로젝터를 나타내는 외관 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프로젝터의 기능 회로 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프로젝터의 내부 구조를 나타낸 평면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 형광 휠의 정면 모식도 및 단면 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광원 유닛의 각 광원의 점등 주기와 형광 휠의 회전과의 관계를 나타낸 도면이다.
돈 6은 본 발명의 실시예에 따른 광원 유닛의 각 광원의 점등 주기와 형광 휠의 회전과의 관계를 나타낸 도면이다.
이하에, 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 이하에 설명하는 실시예에는, 본 발명을 실시하기 위해 기술적으로 바람직한 각종 한정이 되어져 있지만, 발명의 범위를 이하의 실시예 및 도시한 예로 한정하는 것은 아니다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다. 본 발명의 프로젝터(10)는, 광원 유닛(60)과, 표시 소자(51)와, 광원 유닛(60)으로부터의 광을 표시 소자(51)에 도광하는 도광 광학계(170)와, 표시 소자(51)로부터 사출된 화상을 스크린에 투영하는 투영측 광학계(220)와, 광원 유닛(60)과 표시 소자(51) 등을 제어하는 프로젝터 제어 수단을 구비한다.
이 광원 유닛(60)은, 여기광을 사출하는 여기광 조사 장치(70)와, 여기광 조사 장치(70)로부터의 사출 광을 여기광으로 하여 소정 파장 대역의 형광 광을 사출하는 형광체가 적어도 주위 방향으로 부설된 형광 휠(101)과, 형광 휠(101)로부터 사출되는 파장 대역과는 상이한 파장 대역의 광을 사출하는 2종류의 광원 장치(120, 300)와, 형광 휠(101)로부터 발해지는 형광 광과 2종류의 광원 장치(120, 300)로부터 발해지는 광을 소정의 일면에 집광하는 광원 측 광학계(140)와, 여기광 조사 장치(70) 및 2종류의 광원 장치(120, 300)를 시분할 제어하고, 또한 형광 휠(101)의 회전을 제어하는 광원 제어 수단을 구비한다.
형광 휠(101)에 부설된 형광체는, 여기광 조사 장치(70)로부터의 사출 광을 받아 녹색 파장 대역의 형광 광을 사출하는 녹색 형광체이다. 2종류의 광원 장치(120, 300)는, 적색 파장 대역광을 사출하는 적색광원 장치(120) 및 청색 파장 대역광을 사출하는 청색광원 장치(300)이다. 또한, 여기광 조사 장치(70)는, 청색 파장 대역광을 사출하는 레이저 발광기로서의 여기광원(71)을 구비하고, 적색광원 장치(120)는, 적색 파장 대역광을 사출하는 적색 발광 다이오드로서의 적색광원(121)을 구비하고, 청색광원 장치(300)는, 청색 파장 대역광을 사출하는 청색 발광 다이오드로서의 청색광원(301)을 구비하고 있다.
그리고, 광원 제어 수단은, 여기광 조사 장치(70)의 여기광원(71), 적색광원 장치(120)의 적색광원(121), 청색광원 장치(300)의 청색광원(301)이 순차적으로 한 번씩 점등한 경우에 필요한 시간이, 형광 휠(101)이 1회전하는 데 필요한 시간의 정수배가 되지 않도록 각 광원(71, 121, 301)을 시분할 제어하고 또한 휠 모터(110)를 제어하여 형광 휠(101)의 회전 속도를 제어한다.
또한, 본 발명의 광원 유닛(60)에 있어서, 광원 제어 수단은, 형광 휠(101)이 1회전하는 데 필요한 시간을, 여기광원(71), 적색광원(121), 청색광원(301)이 순차적으로 한 번씩 점등한 경우에 필요한 시간으로 나눗셈한 수가 무리수로 되도록 여기광원(71), 적색광원(121), 청색광원(301)을 각각 시분할 제어하고, 또한 형광 휠(101)의 회전 속도를 제어한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은, 프로젝터(10)의 외관 사시도이다. 그리고, 본 실시예에 있어서, 프로젝터(10)에 있어서의 좌우는 투영 방향에 대한 좌우 방향을 나타내고, 전후는 프로젝터(10)의 스크린 측 방향 및 광선속의 진행 방향에 대한 전후 방향을 나타낸다.
그리고, 프로젝터(10)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 대략 직육면체 형상이며, 프로젝터 하우징의 전방의 측판으로 되는 정면 패널(12)의 측방에 투영구(投影口)를 덮는 렌즈 커버(19)를 가지고, 또한 이 정면 패널(12)에는 복수개의 흡기구멍(18)이 형성되어 있다. 또한, 도시하지 않지만 리모트 컨트롤러로부터의 제어 신호를 수신하는 Ir 수신부를 구비하고 있다.
또한, 하우징의 상면 패널(11)에는 키/인디케이터부(37)가 설치되고, 이 키/인디케이터부(37)에는, 전원 스위치 키나 전원의 온 또는 오프를 통지하는 파워 인디케이터, 투영의 온/오프를 전환하는 투영 스위치 키, 광원 유닛이나 표시 소자, 또는 제어 회로 등이 과열되었을 때 통지하는 열 인디케이터 등의 키나 인디케이터가 배치되어 있다.
또한, 하우징의 배면에는, 배면 패널에 USB 단자나 화상 신호 입력용 D-SUB 단자, S 단자, RCA 단자 등이 설치되는 입출력 커넥터부 및 전원 어댑터 플러그 등의 각종 단자(20)가 설치되어 있다. 또한, 배면 패널에는, 복수개의 흡기구멍(18)이 형성되어 있다. 그리고, 도시하지 않은 하우징의 측판인 우측 패널, 및 도 1에 나타낸 측판인 좌측 패널(15)에는, 각각 복수개의 배기구멍(17)이 형성되어 있다. 또한, 좌측 패널(15)의 배면 패널 근방의 모퉁이부에는, 흡기구멍(18)도 형성되어 있다. 또한, 도시하지 않은 하면 패널에 있어서의 정면, 배면, 좌측 및 우측 패널의 근방에도, 흡기구멍 또는 배기구멍이 복수개 형성되어 있다.
다음으로, 프로젝터(10)의 프로젝터 제어 수단에 대하여 도 2의 블록도를 사용하여 설명한다. 프로젝터 제어 수단은, 제어부(38), 입출력 인터페이스(22), 화상 변환부(23), 표시 인코더(24), 표시 구동부(26) 등으로 구성되며, 입출력 커넥터부(21)로부터 입력된 각종 규격의 화상 신호는, 입출력 인터페이스(22), 시스템 버스(SB)를 통하여 화상 변환부(23)에서 표시에 적합한 소정 포맷의 화상 신호로 통일하도록 변환된 후, 표시 인코더(24)에 출력된다.
또한, 표시 인코더(24)는, 입력된 화상 신호를 비디오 RAM(25)에 전개하여 기억시킨 후 이 비디오 RAM(25)의 기억 내용으로부터 비디오 신호를 생성하여 표시 구동부(26)에 출력한다.
표시 구동부(26)는, 표시 소자 제어 수단으로서 기능하는 것으로서, 표시 인코더(24)로부터 출력된 화상 신호에 대응하여 프레임 레이트로 공간적 광 변조 소자(SOM)인 표시 소자(51)를 적절하게 구동시키며, 광원 유닛(60)으로부터 사출된 광선속을 도광 광학계를 통하여 표시 소자(51)에 조사함으로써, 표시 소자(51)의 반사광으로 광상을 형성하고, 후술하는 투영측 광학계를 통하여 도시하지 않은 스크린에 화상을 투영 표시한다. 그리고, 이 투영측 광학계의 가동 렌즈군(235)은, 렌즈 모터(45)에 의해 줌 조정이나 포커스 조정을 위한 구동이 행해진다.
또한, 화상 압축 신장부(31)는, 화상 신호의 휘도 신호 및 색차 신호를 ADCT 및 허프만 코딩화 등의 처리에 의해 데이터 압축하여 착탈 가능한 기록 매체로 되는 메모리 카드(32)에 순차적으로 기록하는 기록 처리를 행한다. 또한, 화상 압축 신장부(31)는, 재생 모드 시에 메모리 카드(32)에 기록된 화상 데이터를 판독하고, 일련의 동영상을 구성하는 각각의 화상 데이터를 1프레임 단위로 신장하고, 이 화상 데이터를 화상 변환부(23)를 통하여 표시 인코더(24)에 출력하고, 메모리 카드(32)에 기억된 화상 데이터에 기초하여 동영상 등의 표시를 가능하게 하는 처리를 행한다.
제어부(38)는, 프로젝터(10) 내의 각 회로의 동작 제어를 담당하며, CPU나 각종 세팅 등의 동작 프로그램을 고정적으로 기억하고 ROM 및 워크 메모리로서 사용되는 RAM 등에 의해 구성되어 있다.
하우징의 상면 패널(11)에 설치되는 메인 키 및 인디케이터 등에 의해 구성되는 키/인디케이터부(37)의 조작 신호는, 직접 제어부(38)에 송출되고, 리모트 컨트롤러로부터의 키 조작 신호는, Ir 수신부(35)에서 수신되고, Ir 처리부(36)에서 복조(複調)된 코드 신호가 제어부(38)에 출력된다.
그리고, 제어부(38)에는 시스템 버스(SB)를 통하여 음성 처리부(47)가 접속되어 있다. 이 음성 처리부(47)는, PCM 음원 등의 음원 회로를 구비하고 있고, 투영 모드 및 재생 모드 시에는 음성 데이터를 아날로그화하여, 스피커(48)를 구동하여 확성방음(擴聲放音)시킨다.
또한, 제어부(38)는, 광원 제어 수단으로서의 광원 제어 회로(41)를 제어하고 있고, 이 광원 제어 회로(41)는, 화상 생성 시에 요구되는 소정 파장 대역의 광원 광이 광원 유닛(60)으로부터 사출되도록, 광원 유닛(60)의 여기광 조사 장치, 적색광원 장치 및 청색광원 장치의 발광을 개별적으로 제어한다.
또한, 제어부(38)는, 냉각 팬 구동 제어 회로(43)에 광원 유닛(60) 등에 설치된 복수개의 온도 센서에 의한 온도 검출을 행하게 하여, 이 온도 검출의 결과로부터 냉각 팬의 회전 속도를 제어시키고 있다. 또한, 제어부(38)는, 냉각 팬 구동 제어 회로(43)에 타이머 등에 의해 프로젝터 본체의 전원 OFF 후에도 냉각 팬의 회전을 지속시키거나, 또는 온도 센서에 의한 온도 검출의 결과에 따라서는 프로젝터 본체의 전원을 OFF로 하는 등의 제어도 행한다.
다음으로, 이 프로젝터(10)의 내부 구조에 대하여 설명한다. 도 3은, 프로젝터(10)의 내부 구조를 나타낸 평면 모식도이다. 프로젝터(10)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 우측 패널(14)의 근방에 제어 회로 기판(241)을 구비하고 있다. 이 제어 회로 기판(241)은, 전원 회로 블록이나 광원 제어 블록 등을 구비하여 이루어진다. 또한, 프로젝터(10)는, 제어 회로 기판(241)의 측방, 즉 프로젝터 하우징의 대략 중앙 부분에 광원 유닛(60)을 구비하고 있다. 또한, 프로젝터(10)는, 광원 유닛(60)과 좌측 패널(15)과의 사이에 광학계 유닛(160)을 구비하고 있다.
광원 유닛(60)은, 프로젝터 하우징의 좌우 방향에 있어서의 대략 중앙 부분이며 배면 패널(13) 근방에 배치되는 여기광 조사 장치(70)와, 이 여기광 조사 장치(70)로부터 사출되는 광선속의 광축 상에 있어서 정면 패널(12)의 근방에 배치되는 형광 발광 장치(100)와, 이 형광 발광 장치(100)로부터 사출되는 광선속에 평행하도록 정면 패널(12)의 근방에 배치되는 청색광원 장치(300)와, 여기광 조사 장치(70)와 형광 발광 장치(100)와의 사이에 배치되는 적색광원 장치(120)와, 형광 발광 장치(100)로부터의 사출 광이나 적색광원 장치(120)로부터의 사출 광, 청색광원 장치(300)로부터의 사출 광의 광축이 각각 동일한 광축이 되도록 변환하여 각 색의 광을 소정의 일면인 라이트 터널(175)의 입사구에 집광하는 광원 측 광학계(140)를 구비한다.
여기광 조사 장치(70)는, 배면 패널(13)과 광축이 평행하게 되도록 배치된 여기광원(71)과, 여기광원(71)으로부터의 사출 광의 광축을 정면 패널(12) 방향으로 90° 변환시키는 반사 미러군(75)과, 반사 미러군(75)에서 반사된 여기광원(71)으로부터의 사출 광을 집광하는 집광 렌즈(78)와, 여기광원(71)과 우측 패널(14)과의 사이에 배치된 히트 싱크(81)를 구비한다.
여기광원(71)은, 복수개의 청색 레이저 다이오드가 매트릭스형으로 배열되어 이루어지고, 각각의 청색 레이저 다이오드의 광축 상에는, 각각의 청색 레이저 다이오드로부터의 사출 광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이터 렌즈(73)가 각각 배치되어 있다. 또한, 반사 미러군(75)은, 복수개의 반사 미러가 계단형으로 배열되어 이루어지고, 여기광원(71)으로부터 사출되는 광선속의 단면적을 한쪽 방향으로 축소하여 집광 렌즈(78)에 사출한다.
히트 싱크(81)와 배면 패널(13)과의 사이에는 냉각 팬(261)이 배치되어 있고, 이 냉각 팬(261)과 히트 싱크(81)에 의해 여기광원(71)이 냉각된다. 또한, 반사 미러군(75)과 배면 패널(13)과의 사이에도 냉각 팬(261)이 배치되어 있고, 이 냉각 팬(261)에 의해 반사 미러군(75)과 집광 렌즈(78) 등이 냉각된다.
형광 발광 장치(100)는, 정면 패널(12)에 평행하게, 즉 여기광 조사 장치(70)로부터의 사출 광의 광축에 직교하도록 배치된 형광 휠(101)과, 이 형광 휠(101)을 회전 구동시키는 휠 모터(110)와, 형광 휠(101)로부터 배면 패널(13) 방향으로 사출되는 광선속을 집광하는 집광 렌즈군(111)을 구비한다.
형광 휠(101)은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 원판형의 금속 기재(基材)이다. 형광 휠(101)에는, 여기광원(71)으로부터의 사출 광을 여기광으로 하여 녹색 파장 대역의 형광 발광광을 사출하는 환형의 형광 발광 영역이 오목부로서 형성되고, 형광 휠(101)은 여기광을 받아 형광 발광하는 형광판으로서 기능한다. 또한, 형광 발광 영역을 포함하는 형광 휠(101)의 여기광원(71) 측의 표면은, 은 증착 등에 의해 미러 가공됨으로써 광을 반사하는 반사면이 형성되고, 이 반사면 상에 녹색 형광체의 층(103)이 부설되어 있다.
그리고, 형광 휠(101)의 녹색 형광체층(103)에 조사된 여기광 조사 장치(70)로부터의 사출 광은, 녹색 형광체층(103)에 있어서의 녹색 형광체를 여기시키고, 녹색 형광체로부터 전방위로 형광 발광된 광선속은, 직접 여기광원(71) 측으로 또는 형광 휠(101)의 반사면에서 반사된 후에, 여기광원(71) 측으로 사출된다. 또한, 형광체의 층(103)의 형광체에 흡수되지 않고, 금속 기재에 조사된 여기광은, 반사면에 의해 반사되어 다시 형광체층(103)에 입사되어, 형광체층(103)을 여기시키게 된다. 따라서, 형광 휠(101)의 오목부의 표면을 반사면으로 함으로써, 여기광원(71)으로부터 사출되는 여기광의 이용 효율을 높일 수 있어, 보다 밝게 발광시킬 수 있다.
그리고, 형광 휠(101)의 반사면에서 형광체층(103) 측으로 반사된 여기광 중, 형광체에 흡수되지 않고 여기광원(71) 측으로 사출된 여기광은, 후술하는 제1 다이크로익 미러(141)를 투과하고, 형광 광은 제1 다이크로익 미러(141)에 의해 반사되므로, 여기광이 외부에 사출되지 않는다. 그리고, 도 3에 나타낸 바와 같이, 휠 모터(110)와 정면 패널(12)과의 사이에는 냉각 팬(261)이 배치되어 있고, 이 냉각 팬(261)에 의해 형광 휠(101)이 냉각된다.
적색광원 장치(120)는, 여기광원(71)과 광축이 평행하도록 배치된 적색광원(121)과, 적색광원(121)으로부터의 사출 광을 집광하는 집광 렌즈군(125)을 구비한다. 그리고, 이 적색광원 장치(120)는, 여기광 조사 장치(70)로부터의 사출 광 및 형광 휠(101)로부터 사출되는 녹색 파장 대역광과 광축이 교차하도록 배치되어 있다. 또한, 적색광원(121)은, 적색의 파장 대역광을 발하는 반도체 발광 소자로서의 적색 발광 다이오드이다. 또한, 적색광원 장치(120)는, 적색광원(121)의 우측 패널(14) 측에 배치되는 히트 싱크(130)를 구비한다. 그리고, 히트 싱크(130)와 정면 패널(12)과의 사이에는 냉각 팬(261)이 배치되어 있고, 이 냉각 팬(261)에 의해 적색광원(121)이 냉각된다.
청색광원 장치(300)는, 형광 발광 장치(100)로부터의 사출 광의 광축에 평행하게 배치된 청색광원(301)과, 청색광원(301)으로부터의 사출 광을 집광하는 집광 렌즈군(305)을 구비한다. 그리고, 이 청색광원 장치(300)는, 적색광원 장치(120)로부터의 사출 광과 광축이 교차하도록 배치되어 있다. 또한, 청색광원(301)은, 청색의 파장 대역광을 발하는 반도체 발광 소자로서의 청색 발광 다이오드이다. 또한, 청색광원 장치(300)는, 청색광원(301)의 정면 패널(12) 측에 배치되는 히트 싱크(310)를 구비한다. 그리고, 히트 싱크(310)와 정면 패널(12)과의 사이에는 냉각 팬(261)이 배치되어 있고, 이 냉각 팬(261)에 의해 청색광원(301)이 냉각된다.
그리고, 광원 측 광학계(140)는, 적색, 녹색, 청색 파장 대역의 광선속을 집광시키는 집광 렌즈나, 각 색 파장 대역의 광선속의 광축을 변환하여 동일한 광축으로 만드는 다이크로익 미러 등으로 이루어진다. 구체적으로는, 여기광 조사 장치(70)로부터 사출되는 청색 파장 대역광 및 형광 휠(101)로부터 사출되는 녹색 파장 대역광의 광축과, 적색광원 장치(120)로부터 사출되는 적색 파장 대역광의 광축이 교차하는 위치에, 청색 및 적색 파장 대역광을 투과하고, 녹색 파장 대역광을 반사하여, 이 녹색 파장 대역광의 광축을 좌측 패널(15) 방향으로 90° 변환시키는 제1 다이크로익 미러(141)가 배치되어 있다.
또한, 청색광원 장치(300)로부터 사출되는 청색 파장 대역광의 광축과, 적색광원 장치(120)로부터 사출되는 적색 파장 대역광의 광축이 교차하는 위치에, 청색 파장 대역광을 투과하고, 녹색 및 적색 파장 대역광을 반사하여 이 녹색 및 적색 파장 대역광의 광축을 배면 패널(13) 방향으로 90° 변환시키는 제2 다이크로익 미러(148)가 배치되어 있다. 그리고, 제1 다이크로익 미러(141)와 제2 다이크로익 미러(148)와의 사이에는, 집광 렌즈가 배치되어 있다.
광학계 유닛(160)은, 여기광 조사 장치(70)의 좌측에 위치하는 조명측 블록(161)과, 배면 패널(13)과 좌측 패널(15)이 교차하는 위치 근방에 위치하는 화상 생성 블록(165)과, 광원 측 광학계(140)와 좌측 패널(15)과의 사이에 위치하는 투영측 블록(168)의 3개의 블록에 의해 대략 U자형으로 구성되어 있다.
이 조명측 블록(161)은, 광원 유닛(60)으로부터 사출된 광원 광을 화상 생성 블록(165)이 구비하는 표시 소자(51)에 도광하는 도광 광학계(170)의 일부를 구비하고 있다. 이 조명측 블록(161)이 가지는 도광 광학계(170)로서는, 광원 유닛(60)으로부터 사출된 광선속을 균일한 강도 분포의 광속으로 만드는 라이트 터널(175), 이 라이트 터널(175)의 입사면에 광원 광을 집광하는 집광 렌즈(173), 라이트 터널(175)로부터 사출된 광을 집광하는 집광 렌즈(178), 라이트 터널(175)로부터 사출된 광선속의 광축을 화상 생성 블록(165) 방향으로 변환시키는 광축 변환 미러(181) 등이 있다.
화상 생성 블록(165)은, 도광 광학계(170)로서, 광축 변환 미러(181)에서 반사된 광원 광을 표시 소자(51)에 집광시키는 집광 렌즈(183)와, 이 집광 렌즈(183)를 투과한 광선속을 표시 소자(51)에 소정 각도로 조사하는 조사 미러(185)를 가지고 있다. 또한, 화상 생성 블록(165)은, 표시 소자(51)가 되는 DMD를 구비하고, 이 표시 소자(51)와 배면 패널(13)과의 사이에는 표시 소자(51)를 냉각시키기 위한 히트 싱크(190)가 배치되어, 이 히트 싱크(190)에 의해 표시 소자(51)가 냉각된다. 또한, 표시 소자(51)의 정면 근방에는, 투영측 광학계(220)로서의 집광 렌즈(195)가 배치되어 있다.
투영측 블록(168)은, 표시 소자(51)에서 반사된 온(ON) 광을 스크린에 방출하는 투영측 광학계(220)의 렌즈군을 가지고 있다. 이 투영측 광학계(220)로서는, 고정 경통(鏡筒)에 내장되는 고정 렌즈군(225)과 가동 경통에 내장되는 가동 렌즈군(235)을 구비하여 줌 기능을 가지는 가변 초점 렌즈가 되고, 렌즈 모터에 의해 가동 렌즈군(235)을 이동시킴으로써 줌 조정이나 포커스 조정을 가능하게 하고 있다.
다음으로, 이와 같이 구성된 광원 유닛(60)에 있어서의 광원 제어 방법에 대하여 설명한다. 전술한 바와 같이, 본 실시예의 프로젝터(10)에서는, 적색 파장 대역광에 대해서는 적색광원(121)으로부터, 녹색 파장 대역광에 대해서는 여기광 조사 장치(70)로부터의 사출 광을 여기광으로 하여 발광하는 형광 휠(101)로부터, 청색 파장 대역광에 대하여는 청색광원(301)으로부터, 각각 사출되도록 구성되어 있다.
그리고, 적색광원(121), 여기광원(71), 청색광원(301)은, 광원 제어 수단으로서의 광원 제어 회로(41)에 의해 시분할 제어되어, 적색 파장 대역광, 녹색 파장 대역광, 청색 파장 대역광의 순서로 표시 소자(51)에 각 파장 대역광을 순차적으로 사출하는 구성으로 되어 있다. 또한, 각 광원(71, 121, 301)은, 광원 제어 회로(41)에 의해 듀티 구동(duty driving)되고 있다. 즉, 적색광원(121) 점등, 여기광원(71) 점등, 청색광원(301) 점등의 순서로 각 광원(71, 121, 301)을 점등시키고, 소정의 광원이 점등되어 있는 경우에는, 다른 광원이 소등한 상태로 된다.
따라서, 각 광원(71, 121, 301)에는, 점등되고 있지 않은 시간이 생길 수 있으므로, 평균 전류값을 낮게 억제할 수 있고, 점등 시에 각 광원(71, 121, 301)에 고전압을 인가하더라도 항상 점등되는 경우에 비해 반도체 발광 소자가 경년(經年) 열화되는 속도를 억제하여, 장기 수명화를 도모할 수 있다. 또한, 각 광원(71, 121, 301)에 고전압을 인가할 수 있으므로, 각 광원(71, 121, 301)의 발광 시의 출력을 높여서, 고휘도의 화상을 투영할 수 있게 된다.
이와 같은 광원 유닛(60)에 있어서는, 전술한 바와 같이 각 광원(71, 121, 301)은 각각 시분할 구동되므로 여기광원(71)으로부터의 여기광을 받아 발광하는 형광 휠(101)에 부설된 형광체의 1프레임에서의 여기광원(71)의 점등 시간 및 형광 휠(101)의 회전 속도에 기초한 범위 내에서 여기광이 조사된다. 한편, 형광체에는, 온도가 소정 온도 이상, 특히 100℃을 초과하면 발광 효율이 낮아지는 특성이 있다. 따라서, 형광 휠(101)의 동일한 위치에 항상 여기광원(71)으로부터의 사출 광이 조사되면, 여기광이 조사된 부분에 위치하는 형광체의 온도가 상승하고, 발광 효율이 낮아져서 형광 광의 광량이 줄어들어, 투영 화상에 있어서의 휘도 저하 등의 원인이 된다.
또한, 형광 휠(101)의 동일한 위치에 항상 여기광원(71)으로부터의 사출 광이 조사되면, 여기광이 조사된 부분에 위치하는 형광체가 열화되기 쉬워져, 형광체가 눌어붙거나 박리될 우려가 있다.
본 발명에서는, 이와 같은 형광체의 국소적인 온도 상승을 방지하기 위하여, 형광 휠(101)의 회전 주기(사이클)가, 각 광원(71, 121, 301)의 시분할 주기(프레임)의 정수 배가 되지 않도록 형광 휠(101)의 회전 및 적색광원(121), 여기광원(71), 청색광원(301)의 점등을 제어하고 있다. 즉, 도 5에 나타낸 바와 같이, 적색광원(121), 여기광원(71), 청색광원(301)이 각각 1회씩 순차적으로 점등한 경우인 각 광원(71, 121, 301)의 점등 주기 1프레임에 필요한 시간이, 형광 휠(101)의 1사이클에 필요한 시간의 정수 배가 되지 않도록, 각 광원(71, 121, 301)을 시분할 제어하고 또한 휠 모터(110)를 제어함으로써 형광 휠(101)의 회전 속도를 제어하고 있다.
이와 같이 각 광원(71, 121, 301)을 점등 제어하고, 또한 형광 휠(101)의 회전 속도를 제어함으로써, 여기광원(71)으로부터 사출된 광선속이 형광 휠(101)에 조사되는 위치가, 각 광원(71, 121, 301)의 프레임 수에 따라 변동하므로, 형광 휠(101)의 소정의 개소에 항상 여기광이 조사되어 형광 휠(101)이 국소적으로 열을 간직하게 되는 것과 같은 현상이 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 형광 휠(101)이 국소적으로 뜨거워지는 것을 방지할 수 있으므로, 형광체의 발광 효율을 항상 일정하게 유지할 수 있고, 장시간 연속적으로 사용한 경우에도 투영 화상에 휘도 불균일 등이 생기는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 전술한 실시예에 있어서는, 각 광원(71, 121, 301)의 1프레임에 필요한 시간이, 형광 휠(101)의 1사이클에 필요한 시간의 정수 배가 되지 않도록 각 광원(71, 121, 301) 및 형광 휠(101)을 제어하도록 하고 있지만, 이는, 형광 휠(101)의 회전 속도를 항상 일정하게 하고, 각 광원(71, 121, 301)의 점등 시간만 제어하거나, 또는 형광 휠(101)의 회전 속도와 각 광원(71, 121, 301)의 점등 시간 모두 가변 제어하도록 구성해도 본 실시예의 목적을 달성할 수 있다.
또한, 도 5에 있어서는, 적색광원(121), 여기광원(71), 청색광원(301)이 각각 점등하는 1프레임에 필요한 시간이, 형광 휠(101)의 1사이클에 필요한 시간보다 짧은 경우에 대하여 기재하고 있지만, 도 6에 나타낸 바와 같이, 각 광원(71, 121, 301)의 점등 주기인 1프레임이 형광 휠(101)의 1사이클에 필요한 시간보다 긴 경우에도, 각 광원(71, 121, 301)의 1프레임에 필요한 시간이, 형광 휠(101)의 1사이클에 필요한 시간의 정수 배가 되지 않도록 각 광원(71, 121, 301) 및 형광 휠(101)을 제어함으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다.
예를 들면, 적색 파장 대역의 광량이 부족한 경우에는 여기광원(71)이나 청색광원(301)의 점등 시간보다 적색광원(121)의 점등 시간을 길게 하는 제어를 행할 수 있다. 이 경우에도, 각 광원(71, 121, 301)의 1프레임에 필요한 시간이, 형광 휠(101)의 1사이클에 필요한 시간의 정수 배가 되지 않게 함으로써, 전술한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 각 광원(71, 121, 301)의 1프레임에 필요한 시간이, 형광 휠(101)의 1사이클에 필요한 시간의 정수 배가 되지 않도록 각 광원(71, 121, 301) 및 형광 휠(101)을 제어하는 경우에 있어서, 형광 휠(101)의 1사이클에 필요한 시간을, 각 광원(71, 121, 301)의 1프레임에 필요한 시간으로 나눗셈한 수가, 무리수(두 정수 a, b의 비인 a/b(b≠0)로 나타낼 수 없는 수), 또는 무리수에 가까운 유리수, 즉 소수점 이하의 자릿수가 큰 수가 되도록 각 광원(71, 121, 301) 및 형광 휠(101)을 제어함으로써, 각 광원(71, 121, 301)의 점등이 복수회 반복됨으로써 형광 휠(101) 사이클에 동기하게 될 가능성을 낮출 수 있고, 형광 휠(101)이 국소적으로 열을 간직하는 것을 방지하는 효과를 높일 수 있다.
그리고, 형광 휠(101)의 1사이클에 필요한 시간을, 각 광원(71, 121, 301)의 1프레임에 필요한 시간으로 나눗셈한 수가 무리수에 가까운 유리수로 되도록 각 광원(71, 121, 301) 및 형광 휠(101)을 제어하는 경우, 유리수의 소수점 이하를 3자리수 이상으로 하는 것이 매우 바람직하다. 이는, 본 실시예에서 사용하는 표시 소자(51)가 1초동안 30프레임 내지 60프레임 정도의 컬러 영상을 표시 가능하므로, 각 광원(71, 121, 301)의 점등 주기와 형광 휠(101) 사이클이 몇초간 동기하는 것을 방지하기 위해서이다.
또한, 전술한 실시예에서는, 녹색 파장 대역광을 사출하는 형광 휠(101)과 적색광원(121) 및 청색광원(301)을 구비한 광원 유닛(60)에 대하여 언급하고 있지만, 이러한 구성으로 한정되지 않고, 형광 휠(101)과, 이 형광 휠(101)로부터 사출되는 소정 파장 대역광과는 파장 대역이 상이한 광을 사출 가능한 2종류의 광원을 구비한 광원 유닛(60)이면 모든 종류의 광원 유닛(60)에 있어서 동일한 제어 방법을 적용할 수 있다.
그 외에, 본 발명은 전술한 실시예로 한정되지 않고, 실시 단계에서는 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 전술한 실시예에서 실행되는 기능은 가능하다면 적절하게 조합하여 실시해도 된다. 전술한 실시예에는 각종 단계가 포함되어 있고, 개시되는 복수개의 구성 요건에 의한 적절한 조합에 의해 여러 발명이 추출될 수 있다. 예를 들면, 실시예에 나타낸 전체 구성 요건으로부터 몇개의 구성 요건이 삭제되어도, 효과를 얻을 수 있다면, 이 구성 요건이 삭제된 구성이 발명으로서 추출될 수 있다.

Claims (4)

  1. 여기광(勵起光)을 사출(射出)하는 여기광 조사 장치;
    상기 여기광 조사 장치로부터의 사출 광을 여기광으로 하여 소정 파장 대역의 형광 광을 사출하는 형광체가, 적어도 주위 방향으로 부설(敷設)된 형광 휠;
    상기 형광 휠로부터 사출되는 파장 대역과는 상이한 파장 대역의 광을 사출하는 2종류의 광원 장치;
    상기 형광 휠로부터 발해지는 형광 광과 상기 2종류의 광원 장치로부터 발해지는 광을 소정의 일면에 집광하는 광원 측 광학계; 및
    상기 여기광 조사 장치 및 상기 2종류의 광원 장치를 시분할 제어하고, 또한상기 형광 휠의 회전을 제어하는 광원 제어 수단
    을 포함하고,
    상기 광원 제어 수단은, 상기 형광 휠이 1회전하는 데 필요한 시간을, 상기 여기광 조사 장치 및 상기 2종류의 광원 장치가 순차적으로 한번씩 점등한 경우에 필요한 시간으로 나눗셈한 수가 무리수로 되도록 상기 여기광 조사 장치 및 상기 2종류의 광원 장치를 시분할 제어하고, 또한 상기 형광 휠의 회전 속도를 제어하는, 광원 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형광 휠에 부설된 형광체는, 상기 여기광 조사 장치로부터의 사출 광을 받아서 녹색 파장 대역의 형광 광을 사출하는 녹색 형광체가 되고,
    상기 2종류의 광원 장치는, 적색 파장 대역광을 사출하는 적색광원 장치 및 청색 파장 대역광을 사출하는 청색광원 장치가 되는, 광원 유닛.
  3. 삭제
  4. 여기광을 사출하는 여기광 조사 장치와, 상기 여기광 조사 장치로부터의 사출 광을 여기광으로 하여 소정 파장 대역의 형광 광을 사출하는 형광체는, 적어도 주위 방향으로 부설된 형광 휠과, 상기 형광 휠로부터 사출되는 파장 대역과는 상이한 파장 대역의 광을 사출하는 2종류의 광원 장치와, 상기 형광 휠로부터 발해지는 형광 광과 상기 2종류의 광원 장치로부터 발해지는 광을 소정의 일면에 집광하는 광원 측 광학계와, 상기 여기광 조사 장치 및 상기 2종류의 광원 장치를 시분할 제어하고, 또한 상기 형광 휠의 회전을 제어하는 광원 제어 수단을 포함하고,
    상기 광원 제어 수단은, 상기 형광 휠이 1회전하는 데 필요한 시간을, 상기 여기광 조사 장치 및 상기 2종류의 광원 장치가 순차적으로 한번씩 점등한 경우에 필요한 시간으로 나눗셈한 수가 무리수로 되도록 상기 여기광 조사 장치 및 상기 2종류의 광원 장치를 시분할 제어하고, 또한 상기 형광 휠의 회전 속도를 제어하는 광원 유닛;
    상기 광원 유닛으로부터의 광을 변조하여 화상을 생성하는 표시 소자;
    상기 광원 유닛으로부터의 광을 상기 표시 소자에 도광하는 도광 광학계;
    상기 표시 소자로부터 사출된 화상을 스크린에 투영하는 투영측 광학계; 및
    상기 광원 유닛과 표시 소자 등을 제어하는 프로젝터 제어 수단
    을 포함하는 프로젝터.
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